DE19713583A1 - Verfahren und System zur Bestimmung der Lebensdauerressourcen einer Maschine insbesondere einer Windkraftanlage in der Betriebsführung zur optimalen Nutzung in der Betriebszeit - Google Patents
Verfahren und System zur Bestimmung der Lebensdauerressourcen einer Maschine insbesondere einer Windkraftanlage in der Betriebsführung zur optimalen Nutzung in der BetriebszeitInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der
Lebensdauerressourcen einer Maschine wie beispielsweise einer Windkraftanlage als
Entscheidungsgrundlage für die Betriebsführung mit dem Ziel die Energiegewinnung so
zu optimieren, daß die konstruktiv und mit den gewählten Bauteilwerkstoffen gegebene
Lebensdauerressource im vorgesehenen investiven Nutzungszeitraum ausgeschöpft
werden kann.
Das Betreiben von Windkraftanlagen geschieht gegenwärtig in den folgenden
unterschiedlichen Betriebsweisen: In einfachster Weise werden sie bis zum Auftreten
einer Störung betrieben. Sodann erfolgt eine Wartungsmaßnahme, die die technische
Betriebsfähigkeit wieder herstellt.
Bei Windparks, die zumeist mehrere Windkraftanlagen gleichen Typs umfassen, erfolgt
eine regelmäßige prophylaktische Wartung.
Andere Windkraftanlagen werden Wartungsmaßnahmen unterzogen, die aus dem über
Diagnosemaßnahmen ermittelten technischen Zustand abgeleitet werden. Bei der
letzteren Vorgehensweise wird eine bessere Handlungsfreiheit in der Betriebsführung in
dem Sinne erreicht, daß der Zeitpunkt notwendiger Wartungsmaßnahmen
vorausschauend in eine windarme Betriebsphase gelegt werden kann.
Den unterschiedlichen Vorgehensweisen ist gemeinsam, daß nur der Zeitpunkt einer
Wartungsmaßnahme in das Feld der Entscheidungsmaßnahmen rückt, nicht jedoch
zugleich der verbleibende Handlungsraum für den Einsatz der Anlage zum gedachten
Zweck der Energiegewinnung aufgezeigt wird.
Die Zielstellung der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und eines
Systems, mit dem eine Bestimmung der verbleibenden Lebensdauerressourcen der
Anlage möglich ist und deren Kenntnis die sachkundige Entscheidung über den weiteren
Betrieb der Anlage bis zur nächsten Wartung, erforderlichenfalls unter Berücksichtigung
weiterer Diagnoseinformationen, ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht in der meßtechnischen Erfassung eines oder
mehrerer für die Anlage typischer betriebsdynamischer Signale, gewonnen an einem
oder mehreren im Hauptkraftfluß liegenden repräsentativen Bauteilen. Zu den
erfindungsgemäßen Merkmalen gehören weiterhin die rechentechnische Zerlegung der
Signale nach Frequenz- und Amplitudenanteilen in einem zweckmäßigen
Klassifizierungsraster, die anschließende geordnete Ablage der kumulierten Anteile in
einer mehrdimensionalen Wertematrix, die zu den Entwurfslastkollektiven und
Dauerfestigkeitswerten der vermessenen Bauteile in Beziehung gesetzt wird. Aus dem
Vergleich zwischen der Entwurfsdauerfestigkeit und den so ermittelten aufgetretenen
Betriebslasten wird die noch verbliebene Lebensdauerressource abgeleitet, die als
Basisinformation für den weiteren Betrieb der Anlage unter wechselnden äußeren
Belastungen zur Verfügung steht.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel einer
Windenergieanlage, WEA, erläutert. Es stellen dar:
- - Bild 1: den prinzipiellen Aufbau des Triebstrangs einer Horizontalachs- Windenergieanlage mit den Meßstellen Mi, ni sowie der Meßstelle am Generator für Spannung U, Stromstärke I und Frequenz f,
- - Bild 2: die zerlegten Amplituden- und Frequenzanteile der gemessenen Wechsellasten im Triebstrang, differenziert für unterschiedliche Generatorlasten,
- - Bild 3: ein Entwurfs-Lastkollektiv für die Bauteildimensionierung für einen typischen Betriebsfall mit den zulässigen Höchstlasten innerhalb der Dauerfestigkeitslinie und der Summe aller zulässigen Lastwechselzahlen innerhalb der Auslegungsbetriebszeit der Anlage sowie zwischen dem Entwurfslastkollektiv und der Dauerfestigkeitslinie die freie Lebensdauerressource,
- - Bild 4: das System der Verwaltung der Lebensdauerressourcen auf der Grundlage der Messung und Auswertung der erlebten Betriebslasten.
Die WEA stellt ein drehschwingungsfähiges System dar, das je nach Drehzahl und
Belastung der Anlage eine Zwangserregung erfährt und dabei charakteristische Spektren
von Drehschwingungen aufweist. Diese Drehschwingungsspektren können an
geeigneten Stellen des Triebstrangs gemessen und über geeignete Auswerteverfahren in
Frequenz- und Amplitudenanteile zerlegt werden. Der Auslegung der Anlage wurden
bestimmte Lastkollektive zugrunde gelegt, die von der Häufigkeit der verschiedenen
Windgeschwindigkeiten am Windstandort ausgehen und in Wechsellasten der
beanspruchten Bauteile umgerechnet werden. Zusammen mit der vorgesehenen
Nutzungsdauer der Anlage werden die auftretenden Wechsellasten ermittelt, die für die
Bauteildimensionierung und die Auswahl der Werkstoffe wichtig sind. Insbesondere sind
die Bauteile der Anlage nach der sogenannten Jahrhundert-Böe auszulegen.
Da die erwarteten Windgeschwindigkeiten häufig nicht eintreffen, ergeben sich
Lebensdauerressourcen, die dann ungenutzt bleiben, wenn aus Gründen des technischen
Fortschritts die WEA vor Ablauf ihrer vorgesehen Nutzungsdauer wieder rückgebaut
wird.
Mit der meßtechnischen Erfassung der erlebten Lastwechsel an repräsentativen
Bauteilen im Hauptkraftfluß kann bei Starkwindsituationen gegebenenfalls eine
Entscheidung zugunsten der Nutzung der angebotenen Windenergie ohne
Beeinträchtigung der technischen Sicherheit der Anlage getroffen werden.
In der einfachen Konfiguration besteht das System des Ressourcen-Managers aus der
Meßeinrichtung für die Drehzahl und der Drehwechselamplitude des Triebstrangs, einer
rechentechnischen Klassiereinrichtung für Wechsellasten sowie einem Rechensystem zur
Auswertung und Ressourcenverwaltung. Das System kann auch - wie bereits
vorgeschlagen - durch das mathematische Modell des Drehschwingungssystems der
WEA gestützt werden.
Claims (3)
1. Verfahren und System zur Nutzung der Lebensdauerressourcen einer Maschinenanlage
dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzanteile derart zerlegt werden, daß die in der Anlage
auftretenden dynamischen Wechsellasten aufsummiert und in geordneter Reihenfolge mit den
der Festigkeitsauslegung der Anlage zugrunde gelegten Dauerfestigkeitskennlinien verglichen
werden können.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung an Bauteilen erfolgt,
die durch ihre Lage im Hauptkraftfluß in der Festigkeitsauslegung der Anlage auf der
Grundlage von Auslegungs-Lastkollektiven berechnet wurden und ihre Beanspruchungen
somit repräsentativ sind für die auftretenden Betriebslasten
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebslasten an mindestens
einer Stelle der Anlage durch eine im Dauerbetrieb arbeitende sensorische Einrichtung so
gemessen werden, daß eine Zerlegung der dynamischen Betriebslasten in Amplituden- und
Frequenzanteile ständig erfolgen kann.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19713583A DE19713583A1 (de) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | Verfahren und System zur Bestimmung der Lebensdauerressourcen einer Maschine insbesondere einer Windkraftanlage in der Betriebsführung zur optimalen Nutzung in der Betriebszeit |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19713583A DE19713583A1 (de) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | Verfahren und System zur Bestimmung der Lebensdauerressourcen einer Maschine insbesondere einer Windkraftanlage in der Betriebsführung zur optimalen Nutzung in der Betriebszeit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19713583A1 true DE19713583A1 (de) | 1998-10-08 |
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ID=7825218
Family Applications (1)
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DE19713583A Withdrawn DE19713583A1 (de) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | Verfahren und System zur Bestimmung der Lebensdauerressourcen einer Maschine insbesondere einer Windkraftanlage in der Betriebsführung zur optimalen Nutzung in der Betriebszeit |
Country Status (1)
Country | Link |
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